JP4703731B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のノック制御装置に関し、詳しくは、ノック判定レベルの設定方法に関するものである。

一般に、ノックコントロールシステムは、機関の振動を検出するノックセンサからの電気的信号（以下、ノックセンサ信号と記す）が、ある定められたレベル（以下、ノック判定レベルと記す）を超えた場合には、ノックが発生したものと判定し、点火時期を遅角させる。逆に、所定期間ノックが検出されない場合には、ノックコントロールシステムは、点火時期を進角させることにより、点火時期を常にノック限界付近に制御し、機関の燃費、出力特性を最大限に引き出す。

このようなノックコントロールシステムにおいては、ノック判定レベルが極めて重要な意味を持つ。すなわち、ノック判定レベルが大きすぎると、ノックが発生しているにもかかわらずノックが検出されないため、点火時期は進角し、ノックが多発し、ひいては機関の破損に繋がる。また、ノック判定レベルが小さすぎると、ノックが発生していないにもかかわらずノックを検出してしまい、点火時期は遅角し、機関の出力が十分に引き出されない。

このノック判定レベルを設定する方法として、適切なノック判定レベルを作成するために、例えば、ノックセンサ信号のピークホールド値の平均値に、機関回転毎に予め綿密に適合したゲインを乗じて、さらにオフセット電圧を加えて作成する方法が知られている。

また、この他にも、ノックセンサからの出力信号の最大値を対数変換した対数正規分布に基づいてノック判定レベルを補正し、ノック発生の有無を正確に判定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２００７−９７２５号公報

しかしながら、従来から知られているノック判定レベルの設定方法においては、ゲインやオフセットの適合に多大な工数を必要とし、また、同じ内燃機関機種においても製作上の誤差があるため、ゲインやオフセットを綿密に適合したにもかかわらず、ノック判定レベルが不適切な値に設定され、正確なノック検出ができなくなるという問題点があった。

また、特許文献１で開示される技術では、ノックセンサ信号を対数変換した後に統計処理を施しているため、ノックセンサ信号の分布が対数正規分布とならないような場合においては、ノック判定レベルが不適切な値に設定され、正確なノック検出ができなくなるという問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ノックセンサ信号の分布の形状にかかわらず、綿密な適合を行うことなく正確なノック判定レベルを設定することができる内燃機関のノック制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る内燃機関のノック制御装置は、内燃機関のノックを検出するためのノックセンサと、前記ノックセンサから出力されたノックセンサ信号に対し、気筒毎、点火サイクル毎に、離散フーリエ変換により周波数解析を実施し、ノック強度を算出する信号処理部と、前記ノック強度の平均値を算出し、前記平均値から、頻度分布全体のノック強度の分散値である全体分散値、前記平均値よりも上側のノック強度の分散値である上側分散値、及び前記平均値よりも下側のノック強度の分散値である下側分散値を算出し、前記全体分散値から前記ノック強度の標準偏差を算出し、ノック強度の頻度分布が所定の信頼区間となるような値を信頼係数として予め設定しておき、前記上側分散値及び前記下側分散値に基づいて前記信頼係数を補正して補正信頼係数として算出し、前記平均値と、前記標準偏差に前記補正信頼係数を掛けた値との和をノック判定レベルとして設定するノック判定レベル設定部とを設けたものである。

この発明に係る内燃機関のノック制御装置は、内燃機関やノックセンサの製造バラツキ、運転状態等、ノック強度の頻度分布が変化しうる様々な要因に対して、ノック判定レベルを自動的に補正することができるため、綿密な適合を行うことなく、ノック判定レベルを適切な値に設定することができ、ノックの発生状態を精度良く検出することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関周辺の断面概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る電子制御ユニットの内部の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のＡ／Ｄ変換器及び信号処理部の動作を示すタイミングチャートである。 ノックが発生していない時の正規分布に従うノック強度の頻度分布図である。 ノックが発生している時の正規分布に従うノック強度の頻度分布図である。 ノックが発生していない時の実際のノック強度の頻度分布図である。 対数変換処理前後におけるノック強度の頻度分布図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のノック強度の頻度分布図である。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のノック判定レベル設定部の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置について図１から図１０までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関周辺の断面概略構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、吸気通路の上流（左側）に設置され吸入空気流量を測定するエアフロセンサ１と、後述する電子制御式スロットルバルブの開度を測定するスロットル開度センサ２と、後述する電子制御式スロットルバルブの下流のサージタンク６内の圧力を測定するインマニ圧センサ３と、内燃機関８の振動（ノック）を検出するためのノックセンサ４と、内燃機関８の回転速度やクランク角度を検出するためにクランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ５とが設けられている。

また、吸気通路の上流に設置され吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ１１と、サージタンク６の底面に接続された電子制御式ＥＧＲバルブ１２と、サージタンク６の下流の吸気通路に設置され燃料を噴射するインジェクタ１３と、内燃機関８のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル１４及び点火プラグ７とが設けられている。

なお、エアフロセンサ１とインマニ圧センサ３に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみ設けてもよい。また、インジェクタ１３は、内燃機関８のシリンダに直接噴射できるように設けてもよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。

図２において、エアフロセンサ１で測定された吸入空気流量と、スロットル開度センサ２で測定された電子制御式スロットルバルブ１１の開度と、インマニ圧センサ３で測定されたインマニ圧と、ノックセンサ４で測定された内燃機関の振動波形と、クランク角センサ５より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００に入力される。また、上記以外の各種センサからもＥＣＵ１００に測定値が入力される。さらに、他のコントローラ（例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム）からの信号もＥＣＵ１００に入力される。

このＥＣＵ１００は、アクセル開度や内燃機関の運転状態などを基にして目標スロットル開度を算出して電子制御式スロットルバルブ１１を制御する。また、ＥＣＵ１００は、その時の運転状態に応じて、電子制御式ＥＧＲバルブ１２の開度を制御し、目標空燃比を達成するようにインジェクタ１３を駆動し、目標点火時期を達成するように点火コイル１４への通電を制御する。

なお、後述の方法でノックが検出された場合には、ＥＣＵ１００は、目標点火時期を遅角側（リタード側）に設定することでノックの発生を抑制する制御も行う。さらに、ＥＣＵ１００は、上記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る電子制御ユニットの内部の構成を示すブロック図である。

図３において、電子制御ユニット１００は、各種Ｉ／Ｆ回路２０と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３０と、マイクロコンピュータ４０とが設けられている。

ノック制御用のＩ／Ｆ回路２０は、ノックセンサの信号出力の高周波成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１である。

マイクロコンピュータ４０は、各種のプログラムや信頼係数マップなどの各種の定数を記憶するＲＯＭ領域と、プログラムを実行した際の変数を記憶するＲＡＭ領域等から構成されている。

マイクロコンピュータ４０のＲＯＭ領域には、それぞれプログラムである、信号処理部４１と、周波数毎のノック判定レベル設定部４２、４３と、周波数毎の比較演算部４４、４５と、ノック判定部４６と、点火時期演算部４７とが記憶されている。

つぎに、この実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。

Ａ／Ｄ変換器３０は、ノックセンサ信号に対して、一定の時間間隔（例えば、１０μｓや２０μｓ等）毎にＡ／Ｄ変換を実行する。なお、このＡ／Ｄ変換器３０は、Ａ／Ｄ変換を、常時行うようにしてもいいし、ノックが発生する期間（例えば、上死点ＴＤＣ（Top Dead Center）からＡＴＤＣ（After Top Dead Center）５０°ＣＡ（Crank Angle）等。以下、ノック検出ウインドウと記す）のみ行うようにしてもよい。

信号処理部４１は、Ａ／Ｄ変換したノックセンサ信号に対し、気筒毎、点火サイクル毎に、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）により周波数解析を実施する。そして、信号処理部４１は、それぞれ異なる複数個のノック固有周波数成分のスペクトルを算出し、ノック強度Ｖ_ＫＮＫに相関のある値、すなわち、スペクトルのピークホールド値Ｖ_ＰＨ及び平均値Ｖ_ＡＶＥを算出する。

この信号処理部４１によりスペクトルのピークホールド値Ｖ_ＰＨ及び平均値Ｖ_ＡＶＥが算出される様子について、図４を用いて説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のＡ／Ｄ変換器及び信号処理部の動作を示すタイミングチャートである。

図４において、（ａ）は、ノック検出ウインドウを示す。また、（ｂ）は、ノックセンサ信号、（ｃ）は、Ａ／Ｄ変換、（ｄ）は、観測区間、（ｅ）は、ＤＦＴ処理をそれぞれ示す。

つまり、図４（ｃ）は、ノック検出ウインドウ開期間のノックセンサ信号を２０μｓ毎にＡ／Ｄ変換する処理を示している。

次に、図４（ｃ）で取り込んだノックセンサ信号に対し、図４（ｅ）は、それぞれの観測区間に区切られ、ＤＦＴ処理により、それぞれの観測区間毎に、複数個のノック固有周波数成分のスペクトルを算出する処理を示している。つまり、信号処理部４１は、ノック検出ウインドウ開期間のスペクトル最大値をピークホールド値Ｖ_ＰＨとして算出し、また、ノック検出ウインドウ開期間のスペクトル積算値をノック検出ウインドウ開期間で除算して平均値Ｖ_ＡＶＥを算出する。

なお、図４（ｄ）は、観測区間を１／２ずつオーバーラップさせて時間方向に移動させている。これは、観測区間を単純に区切っただけでは（例えば、観測区間の［１］、［３］、［５］、…のみを使用した場合）、時間方向の精度が悪くなることから、時間精度を向上させるために行った処置である。本実施の形態においては、観測区間を１／２ずつオーパーラップさせたが、解析対象の周波数に応じて、例えば観測区間を２／３ずつオーバーラップさせるようにしても良い。

信号処理部４１で算出されたピークホールド値Ｖ_ＰＨ及び平均値Ｖ_ＡＶＥを用いて、ノック固有周波数毎に、ノック判定レベル設定部４２及び４３は、ノック判定レベルＶ_ＴＨＰ及びＶ_ＴＨＡを設定する。これらノック判定レベル設定部４２及び４３の動作の詳細については後述する。

比較演算部４４は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰよりも大きいか否かを演算する。また、比較演算部４５は、平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡよりも大きいか否かを演算する。

ノック判定部４６は、ノック固有周波数毎の比較演算部４４、４５の演算結果に基づいて、ノックの発生有無や、ノック強度を判定する。１つのノック固有周波数に着目すると、ノック判定部４６は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する場合がある。ノック判定部４６は、平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する場合がある。さらに、ノック判定部４６は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨと平均値Ｖ_ＡＶＥの論理和をとって判定する場合があり、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰよりも大きい場合、又は平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する。また、ノック判定部４６は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨと平均値Ｖ_ＡＶＥの論理積をとって判定する場合があり、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰよりも大きい場合、及び平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する。

複数のノック固有周波数のうち、特定のノック固有周波数について、ノック判定部４６は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する場合がある。また、ノック判定部４６は、平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡよりも大きい場合には、内燃機関８にノックが発生していると判定する場合がある。以下、上記の１つのノック固有周波数に着目する場合と同様である。

複数のノック固有周波数について、ノック判定部４６は、周波数毎の判定結果を論理和、あるいは論理積をとって、内燃機関８にノックが発生していると判定する場合がある。

逆に、ノック判定部４６は、ピークホールド値Ｖ_ＰＨがノック判定レベルＶ_ＴＨＰ以下の場合、平均値Ｖ_ＡＶＥがノック判定レベルＶ_ＴＨＡ以下の場合には、内燃機関８にノックが発生していないと判定する。

点火時期演算部４７は、ノックの発生状況に応じて点火時期を調整する。点火時期演算部４７は、ノック判定部４６により内燃機関８にノックが発生していると判定された場合には、点火時期を遅角する。また、点火時期演算部４７は、ノック判定部４６により内燃機関８にノックが発生していないと判定された場合には、点火時期を進角する。

次に、ノック判定レベル設定部４２、４３の動作について詳細に説明する。図５は、ノックが発生していない時の正規分布に従うノック強度の頻度分布図である。図６は、ノックが発生している時の正規分布に従うノック強度の頻度分布図である。図７は、ノックが発生していない時の実際のノック強度の頻度分布図である。図８は、対数変換処理前後におけるノック強度の頻度分布図である。図９は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のノック強度の頻度分布図である。

まず、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ（本実施の形態においては、ピークホールド値Ｖ_ＰＨもしくは平均値Ｖ_ＡＶＥのこと）の頻度分布を統計処理することで、ノック判定レベルを設定する方法について、図５を用いて説明する。

図５に示すように、ノック強度の頻度分布が正規分布に従う場合には、分布の標準偏差Ｖ_ＳＤと中央値Ｖ_Ｍから、次の式（１）に基づいてノック判定レベルＶ_ＴＨを算出することができる。

Ｖ_ＴＨ＝Ｖ_Ｍ＋Ｋ_Ｒ×Ｖ_ＳＤ （１）

ここで、Ｋ_Ｒは、データの信頼区間を決定する信頼係数であり、分布が正規分布に従う場合には、Ｋ_Ｒ＝３の設定で９９．７％の信頼区間をとることが知られている。信頼係数Ｋ_Ｒは、ノックが発生していない状態をノックが発生していると誤検出する確率が所定値となるように、予め実験的に設定しておく。予め実験等から得られたデータや知見から、ノックが発生していない状態をノックが発生していると判定する確率に基づいて、信頼係数を設定することで、ノックが発生していないデータが任意の信頼区間に分布するように設定することができるため、ノック判定レベルを適切な値に設定することができ、ノックの発生状態を精度良く検出することができる。

また、この信頼係数Ｋ_Ｒは、予め機関回転及び、又は機関負荷に相関にあるパラメータを軸としてマップで設定しておく。すなわち、機関回転又は機関負荷に相関にあるパラメータを第１の軸（例えば、Ｘ軸）、信頼係数Ｋ_Ｒを第２の軸（例えば、Ｙ軸）として、２次元の信頼係数マップを作成してマイクロコンピュータ４０のＲＯＭ領域に記憶する。あるいは、機関回転又は機関負荷に相関にあるパラメータを第１の軸（例えば、Ｘ軸）、機関負荷又は機関回転に相関にあるパラメータを第２の軸（例えば、Ｙ軸）、信頼係数Ｋ_Ｒを第３の軸（例えば、Ｚ軸）として、３次元の信頼係数マップを作成してマイクロコンピュータ４０のＲＯＭ領域に記憶する。信頼係数Ｋ_Ｒをマップで設定することにより、ノック強度が運転状態によって異なる分布形状となるような場合においても、適切に信頼係数を設定することができるため、ノック判定レベルを適切な値に設定することができ、ノックの発生状態を精度良く検出することができる。

図６に示すように、ノック強度Ｖ_ＫＮＫがノック判定レベルＶ_ＴＨよりも大きい場合には、ノックが発生していると判定し、そのときのノック強度Ｖ_ＫＮＫをノック判定レベルの算出には用いない。

しかしながら、実際には、ノック強度Ｖ_ＫＮＫの分布が正規分布となることは少なく、多くは、図７に示すように右側に歪んだ分布形状となる。このため、ノック強度Ｖ_ＫＮＫの分布を正規分布とみなしてノック判定レベルを設定する方法では、ノックが発生していないにもかかわらず、ノック強度Ｖ_ＫＮＫがノック判定レベルＶ_ＴＨよりも大きくなってしまい、ノックが発生していると誤検出してしまう。

図７のような分布の歪みを取り除くために、ノック強度Ｖ_ＫＮＫに対して対数変換を施すことで分布形状を対数正規分布とした後で、統計処理によりノック判定レベルを算出する方法も知られている。

しかしながら、図８に示すように、ノック固有周波数や運転状態によってノック強度Ｖ_ＫＮＫの分布は様々な形状となるため、対数変換をすることによって、逆に左側に歪んだ分布形状となってしまうおそれがある。これにより、ノック判定レベルの設定値が大きくなりすぎるため、ノックが発生しているにもかかわらず、ノック強度Ｖ_ＫＮＫがノック判定レベルＶ_ＴＨよりも小さくなってしまい、ノックを検出できない。

そこで、本実施の形態においては、ノック強度Ｖ_ＫＮＫの頻度分布の歪みに基づいて前述した信頼係数Ｋ_Ｒを補正することで、ノック判定レベルを適切な値に設定する。

本実施の形態においては、図９に示すように、ノック強度Ｖ_ＫＮＫの歪みを表す指標として、中央値Ｖ_Ｍより上（右）側のデータの分散値Ｖ_ＶＲＨと、中央値Ｖ_Ｍより下（左）側のデータの分散値Ｖ_ＶＲＬを用いる。あるいは、中央値Ｖ_Ｍより上（右）側のデータの標準偏差Ｖ_ＳＤＨと、中央値Ｖ_Ｍより下側のデータの標準偏差Ｖ_ＳＤＬを用いる。これらの値に基づいて、信頼係数Ｋ_Ｒを補正することで、補正信頼係数Ｋ_ＲＣを算出する。

すなわち、上側分散値Ｖ_ＶＲＨと下側分散値Ｖ_ＶＲＬを用いた場合には、Ｋ_ＲＣ：２×Ｋ_Ｒ＝Ｖ_ＶＲＨ：（Ｖ_ＶＲＬ＋Ｖ_ＶＲＨ）の関係から、次の式（２）に基づいて補正信頼係数Ｋ_ＲＣを算出することができる。

Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×｛Ｖ_ＶＲＨ／（Ｖ_ＶＲＬ＋Ｖ_ＶＲＨ）｝ （２）

同様に、上側標準偏差Ｖ_ＳＤＨと下側標準偏差Ｖ_ＳＤＬを用いた場合についても、次の式（３）に基づいて補正信頼係数Ｋ_ＲＣを算出することができる。

Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×｛Ｖ_ＳＤＨ／（Ｖ_ＳＤＬ＋Ｖ_ＳＤＨ）｝ （３）

これにより、分布の歪みに応じて、常に信頼係数Ｋ_Ｒが補正されるため、内燃機関８やノックセンサ４の製造バラツキ等に起因する、ノック強度Ｖ_ＫＮＫの頻度分布の歪みの影響をうけることなく、また、綿密な適合を要することなく、適切な値にノック判定レベルＶ_ＴＨを設定することができる。

続いて、ノック判定レベル設定部４２、４３の動作についてフローチャートを参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関のノック制御装置のノック判定レベル設定部の動作を示すフローチャートである。ノック判定レベル設定部４２、４３は、１点火サイクル毎にノック判定レベルＶ_ＴＨ（Ｖ_ＴＨＰ、Ｖ_ＴＨＡ）を設定する。

まず、ステップ１０１において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ（ピークホールド値Ｖ_ＰＨ、平均値Ｖ_ＡＶＥ）［ｎ］がノック判定レベルの前回値Ｖ_ＴＨ［ｎ−１］よりも大きいか否かを判断する。ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］が、ノック判定レベルの前回値Ｖ_ＴＨ［ｎ−１］よりも大きい場合（Ｙｅｓ）には、ノックが発生していると判定し、ステップ１０２へ移行し、前回値Ｖ_ＴＨ［ｎ−１］以下の場合（Ｎｏ）には、ステップ１０３へ移行する。

次に、ステップ１０２において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度の前回値Ｖ_ＫＮＫ［ｎ−１］をノック強度の今回値Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］とする。以降のノック判定レベルの演算には、ノックが発生していると判定したノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］を用いない。そして、ステップ１０４へ移行する。

ステップ１０３において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］を、以降のノック判定レベルの演算に用いる。

次に、ステップ１０４において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の平均値Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］を次の式（４）に基づいて算出する。

Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］＝Ｋ_ＢＧＬ×Ｖ_ＢＧＬ［ｎ−１］＋（１−Ｋ_ＢＧＬ）×Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］ （４）

ここで、Ｋ_ＢＧＬはフィルタ係数であり、予め機関回転毎に適合された値を用いる。平均値の算出には、上記の一次フィルタ値以外を用いても良く、例えば、移動平均値を用いても良い。

頻度分布の中央値Ｖ_Ｍを求めるには、分布形状を把握することができるデータ数を、一旦、ＲＡＭ領域に格納しておく必要がある。そのため、多大なＲＡＭ領域を必要とするため、本実施の形態においては、一次フィルタにより、なまし処理を施した平均値Ｖ_ＢＧＬを中央値Ｖ_Ｍの代わりに用いる。

また、ステップ１０１〜１０２において、ノックが発生していると判定した場合に、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］にノック強度の前回値Ｖ_ＫＮＫ［ｎ−１］を用いる代わりに、ノックと判定したノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の影響が小さくなるように、上記のフィルタ係数Ｋ_ＢＧＬを調節しても良い。

次に、ステップ１０５において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の分布全体の分散値Ｖ_ＶＲ［ｎ］と、平均値Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］よりも上側のノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の分散値Ｖ_ＶＲＨ［ｎ］と、平均値Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］よりも下側のノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の分散値Ｖ_ＶＲＬ［ｎ］を、次の式（５）、式（６）、式（７）に基づいて算出する。

Ｖ_ＶＲ［ｎ］＝（Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］−Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］）^２ （５）

Ｖ_ＶＲＨ［ｎ］＝（Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］−Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］）^２
（∵Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］≧Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］）
＝Ｖ_ＶＲＨ［ｎ−１］
（∵Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］＜Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］） （６）

Ｖ_ＶＲＬ［ｎ］＝（Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］−Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］）^２
（∵Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］≦Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］））
＝Ｖ_ＶＲＬ［ｎ−１］
（∵Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］＞Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］））（７）

また、ステップ１０５において、補正信頼係数Ｋ_ＲＣの算出において、分散値の代わりに、標準偏差を用いる場合には、ノック判定レベル設定部４２、４３は、次の式（６）'、式（７）'から、上側標準偏差Ｖ_ＳＤＨ［ｎ］と下側標準偏差Ｖ_ＳＤＬ［ｎ］を算出する。

Ｖ_ＳＤＨ［ｎ］＝（Ｖ_ＶＲＨ［ｎ］）^１／２ （６）'

Ｖ_ＳＤＬ［ｎ］＝（Ｖ_ＶＲＬ［ｎ］）^１／２ （７）'

次に、ステップ１０６において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ステップ１０５において求めた各分散値に対して、次の式（８）、式（９）、式（１０）に基づいて、なまし処理を施す。なまし処理により、平均値よりも上側あるいは下側のノック強度分布形状を把握するために、多量のデータをメモリ等に格納しておく必要がないため、メモリ領域を削減することができる。

ＶＦ_ＶＲ ［ｎ］＝Ｋ_ＶＲ ×ＶＦ_ＶＲ ［ｎ−１］＋（１−Ｋ_ＶＲ ）×Ｖ_ＶＲ ［ｎ−１］
（８）

ＶＦ_ＶＲＨ［ｎ］＝Ｋ_ＶＲＨ×ＶＦ_ＶＲＨ［ｎ−１］＋（１−Ｋ_ＶＲＨ）×Ｖ_ＶＲＨ［ｎ−１］
（９）

ＶＦ_ＶＲＬ［ｎ］＝Ｋ_ＶＲＬ×ＶＦ_ＶＲＬ［ｎ−１］＋（１−Ｋ_ＶＲＬ）×Ｖ_ＶＲＬ［ｎ−１］
（１０）

ここで、Ｋ_ＶＲ、Ｋ_ＶＲＨ、Ｋ_ＶＲＬは、それぞれフィルタ係数であり、予め機関回転毎に適合された値を用いる。

また、ステップ１０６において、補正信頼係数Ｋ_ＲＣの算出において、分散値の代わりに、標準偏差を用いる場合には、ノック判定レベル設定部４２、４３は、上記の式（９）、式（１０）と同様に、上側標準偏差Ｖ_ＳＤＨ［ｎ］と下側標準偏差Ｖ_ＳＤＬ［ｎ］に対してなまし処理を施し、上側標準偏差ＶＦ_ＳＤＨ［ｎ］と下側標準偏差ＶＦ_ＳＤＬ［ｎ］を算出する。

次に、ステップ１０７において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、ノック強度Ｖ_ＫＮＫ［ｎ］の標準偏差Ｖ_ＳＤ［ｎ］を次の式（１１）に基づいて算出する。

Ｖ_ＳＤ［ｎ］＝（ＶＦ_ＶＲ［ｎ］）^１／２ （１１）

ここで、分散値ＶＦ_ＶＲ［ｎ］の代わりに、分散値ＶＦ_ＶＲＬ［ｎ］を用いても良い。

そして、ステップ１０８において、ノック判定レベル設定部４２、４３は、これまでの演算結果を元に、次の式（１２）及び式（１３）に基づいて、補正信頼係数Ｋ_ＲＣ及びノック判定レベルＶ_ＴＨ［ｎ］を算出する。

Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×ＶＦ_ＶＲＨ［ｎ］／（ＶＦ_ＶＲＬ［ｎ］＋ＶＦ_ＶＲＨ［ｎ］） （１２）

Ｖ_ＴＨ［ｎ］＝Ｖ_ＢＧＬ［ｎ］＋Ｋ_ＲＣ×Ｖ_ＳＤ［ｎ］ （１３）

ここで、Ｋ_Ｒは信頼係数であり、前述したように機関回転及び、又は機関負荷に基づいて予め適合された値である。

このとき、補正信頼係数Ｋ_ＲＣの最小値が信頼係数Ｋ_Ｒとなるように制限しても良い。こうすると、ノック判定レベルが、少なくとも予め設定した信頼区間よりも小さく設定されることを防止できるため、ノックが発生していない状態をノックが発生していると誤検出することを抑制することができる。

また、補正信頼係数Ｋ_ＲＣの算出において、上側分散値ＶＦ_ＶＲＨ［ｎ］と下側分散値ＶＦ_ＶＲＬ［ｎ］の代わりに、次の式（１４）に示すように、これらの正の平方根である上側標準偏差ＶＦ_ＳＤＨ［ｎ］と下側標準偏差ＶＦ_ＳＤＬ［ｎ］を用いても良い。

Ｋ_ＲＣ＝２×Ｋ_Ｒ×ＶＦ_ＳＤＨ［ｎ］／（ＶＦ_ＳＤＬ［ｎ］＋ＶＦ_ＳＤＨ［ｎ］） （１４）

上記の式（１２）、式（１４）ように補正信頼係数Ｋ_ＲＣを求めることにより、ノック強度分布の歪みの程度に基づいてノック判定レベルを補正することができ、ノック判定レベルを適切な値に設定することができ、ノックの発生状態を精度良く検出することができる。

本実施の形態においては、平均値、分散値及び標準偏差を算出する際に、フィルタ処理を行うことにより、分布形状を正確に把握するようにしているが、ノック判定レベルの算出精度を更に向上させるために、所定のサンプル数をメモリに格納した上で、分散値、標準偏差及び中央値を算出しても良い。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関のノック制御装置では、ノック強度の分布を統計処理することによりノック判定レベルを設定する際に、ノック強度の分布歪みに応じてノック判定レベルが補正されるため、内燃機関やノックセンサの機差バラツキ等によるノック判定レベルの不適合を抑制することができ、綿密なノック適合を行うことなく、ノックの検出精度を向上することができる。

１ エアフロセンサ、２ スロットル開度センサ、３ インマニ圧センサ、４ ノックセンサ、５ クランク角センサ、６ サージタンク、７ 点火プラグ、８ 内燃機関、１１ 電子制御式スロットルバルブ、１２ 電子制御式ＥＧＲバルブ、１３ インジェクタ、１４ 点火コイル、２０ Ｉ／Ｆ回路、３０ Ａ／Ｄ変換器、４０ マイクロコンピュータ、４１ 信号処理部、４２ ノック判定レベル設定部、４４ 比較演算部、４５ 比較演算部、４６ ノック判定部、４７ 点火時期演算部、１００ 電子制御ユニット。

Claims (12)

1. 内燃機関のノックを検出するためのノックセンサと、
   前記ノックセンサから出力されたノックセンサ信号に対し、気筒毎、点火サイクル毎に、離散フーリエ変換により周波数解析を実施し、ノック強度を算出する信号処理部と、
   前記ノック強度の平均値を算出し、
   前記平均値から、頻度分布全体のノック強度の分散値である全体分散値、前記平均値よりも上側のノック強度の分散値である上側分散値、及び前記平均値よりも下側のノック強度の分散値である下側分散値を算出し、
   前記全体分散値から前記ノック強度の標準偏差を算出し、
   ノック強度の頻度分布が所定の信頼区間となるような値を信頼係数として予め設定しておき、前記上側分散値及び前記下側分散値に基づいて前記信頼係数を補正して補正信頼係数として算出し、
   前記平均値と、前記標準偏差に前記補正信頼係数を掛けた値との和をノック判定レベルとして設定するノック判定レベル設定部と
   を備えたことを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
2. 前記ノック判定レベル設定部は、前記標準偏差を算出する前に、算出した前記全体分散値、前記上側分散値、及び前記下側分散値に対してなまし処理を施す
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のノック制御装置。
3. 前記ノック判定レベル設定部は、
   ２×信頼係数×上側分散値／（下側分散値＋上側分散値）
   により前記補正信頼係数を算出する
   ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関のノック制御装置。
4. 前記ノック判定レベル設定部は、前記補正信頼係数の最小値が前記信頼係数となるように前記補正信頼係数を算出する
   ことを特徴とする請求項３記載の内燃機関のノック制御装置。
5. 前記信頼係数は、ノックが発生していない状態をノックが発生していると誤検出する確率が所定値となるように、予め実験的に設定される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
6. 前記信頼係数は、機関回転及び、又は機関負荷を表すパラメータを軸としてマップで設定される
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
7. 内燃機関のノックを検出するためのノックセンサと、
   前記ノックセンサから出力されたノックセンサ信号に対し、気筒毎、点火サイクル毎に、離散フーリエ変換により周波数解析を実施し、ノック強度を算出する信号処理部と、
   前記ノック強度の平均値を算出し、
   前記平均値から、頻度分布全体のノック強度の分散値である全体分散値、前記平均値よりも上側のノック強度の分散値である上側分散値、及び前記平均値よりも下側のノック強度の分散値である下側分散値を算出し、これら上側分散値、及び下側分散値に基づき上側標準偏差、及び下側標準偏差を算出し、
   前記全体分散値から前記ノック強度の標準偏差を算出し、
   ノック強度の頻度分布が所定の信頼区間となるような値を信頼係数として予め設定しておき、前記上側標準偏差及び前記下側標準偏差に基づいて前記信頼係数を補正して補正信頼係数として算出し、
   前記平均値と、前記標準偏差に前記補正信頼係数を掛けた値との和をノック判定レベルとして設定するノック判定レベル設定部と
   を備えたことを特徴とする内燃機関のノック制御装置。
8. 前記ノック判定レベル設定部は、前記標準偏差を算出する前に、算出した前記全体分散値、前記上側標準偏差、及び前記下側標準偏差に対してなまし処理を施す
   ことを特徴とする請求項７記載の内燃機関のノック制御装置。
9. 前記ノック判定レベル設定部は、
   ２×信頼係数×上側標準偏差／（下側標準偏差＋上側標準偏差）
   により前記補正信頼係数を算出する
   ことを特徴とする請求項８記載の内燃機関のノック制御装置。
10. 前記ノック判定レベル設定部は、前記補正信頼係数の最小値が前記信頼係数となるように前記補正信頼係数を算出する
    ことを特徴とする請求項９記載の内燃機関のノック制御装置。
11. 前記信頼係数は、ノックが発生していない状態をノックが発生していると誤検出する確率が所定値となるように、予め実験的に設定される
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。
12. 前記信頼係数は、機関回転及び、又は機関負荷を表すパラメータを軸としてマップで設定される
    ことを特徴とする請求項７から請求項１１までのいずれかに記載の内燃機関のノック制御装置。

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